曹钰 | 精轴定像 锁定深空

在人类仰望星空的漫长历史中，从肉眼观星到光学望远镜，再到射电与空间探测，每一次对宇宙认知边界的拓展，都离不开一个朴素而深刻的命题：如何看得更清、瞄得更准？今天，在大国博弈向深空延伸的时代背景下，“看得清”与“瞄得准”早已超越了单纯的科学好奇，成为关乎国家空间安全、信息主权与科技自立自强的战略基石。在这片无声却激烈的前沿阵地上，一群青年科学家正以毫厘之功，铸就国之重器。中国科学院西安光学精密机械研究所副研究员曹钰，便是其中一位执光为笔、以控为墨的探路者。他的故事，始于黄河之滨的一颗求知之心，成于古城西安的一方科研沃土，最终指向那浩瀚无垠的深空。

▲曹钰

两座城，一条路

人生的轨迹，往往由几个关键的坐标点勾勒而成。对曹钰而言，兰州与西安，便是这样两个互补而深刻的坐标。在兰州，他度过了高中时代。尽管偏科理学的学习状况让他的求学之路有些波折，但还好恩师沈东星（兰州市兰炼一中），以其独特的教学魅力，点燃了少年心中对物理世界近乎痴迷的热情，更用崇高的职业素养守护其梦想，完成了对未来规划的引导。在多方鼓励之下，曹钰逐渐修正了航向，终以全班第一的成绩考入西北工业大学（简称“西工大”）。

这份源自师长的信任与引导，不仅是一份成绩单，更是一种精神的烙印：它教会曹钰，真正的成长源于内在的驱动与持续的努力。带着这份信念，他来到西安，奋起求变。攻读本硕博的十余年间，这座千年古都以其沉稳厚重的气质，完整地见证并承载了他的求学、事业乃至未来的归宿，不过，这是后话。

在西工大“公诚勇毅”的校风熏陶下，曹钰完成了7年本硕阶段的学习。西工大“三实一新”（基础扎实、工作踏实、作风朴实、开拓创新）的育人传统，让他深刻理解了何为“大国工匠”的风格——不是浮于表面的喧嚣，而是沉潜于实验室与工程现场的深耕。硕士毕业后，他选择加入中国科学院西安光学精密机械研究所（简称“西安光机所”）。这一选择并非偶然。因为早在2015年，习近平总书记莅临西安光机所进行视察的举动，便让他由心底生发出对这个优秀平台的憧憬。此外，习总书记在视察时更是强调：“核心技术靠化缘是要不来的，必须靠自力更生。”这句振聋发聩的话语，让当时人在象牙塔，对未来尚且懵懂的曹钰深受触动。通过深入了解与资料收集，他深刻意识到，那里不仅是中国科学院在西北地区规模最大、学科最全的综合性研究所，更是能将个人所学直接融入“国之重器”研制的一线平台。

于是，从兰州出发的好奇心，到西安扎根的使命感，一条清晰的人生道路就此铺开。

青年意，誓破“竹”

在曹钰参加工作的初级阶段，他并未真正意识到，投身航天光电事业，就意味着告别理想化的仿真模型，从而直面真实世界的复杂与严苛。当时，当空间光电系统朝着大视场、高分辨率、轻量化的方向飞速迭代，关于承载相机等载荷的转台机构“高平稳性、高精度、高承载比”等近乎苛刻的要求真正摆在他的面前，他好像从前辈、同仁的殚精竭虑中，逐渐读懂了“历史不会眷顾因循守旧者，时代总会垂青勇于创新者”的真正意义——为了满足这些要求，工程师们在引入谐波减速器等柔性传动部件的同时增加了快速反射镜（FSM）进行粗精复合跟踪。这虽实现了结构的轻巧与强大，却也带来了一个棘手的“顽疾”——柔性振动与运动耦合。

“这就好比用一根有弹性的竹竿去精准控制一面镜子。当你快速移动或负载变化时，竹竿自身会产生难以抑制的抖动与形变，导致镜子无法稳定、精确地指向目标。在工程上，这表现为速度的脉动、位置的滞后及多轴运动间的相互干扰，严重制约着卫星在轨的成像质量与跟踪稳定性。这是摆在所有空间精密跟瞄研究者面前的一道共性难题。”几年后，曹钰已经可以深入浅出地将空间问题拉回地面。

虽有此困局，但曹钰及团队最终没有选择传统的“加固竹竿”思路——那往往意味着牺牲轻量化优势，增加系统复杂度——而是另辟蹊径，带领团队创造性地提出了“双位置环反馈自抗扰控制方法”。这一方法的核心思想，是为这套精密系统安装一个“智能神经与肌肉协同系统”——内环，如同“肌肉微调系统”，实时感知传动链自身的柔性形变与内部扰动，并通过先进的算法进行提前补偿与抑制。它就像人体的肌肉能够预收紧以抵消外来的晃动；外环，则如同“大脑指挥系统”，负责整体运动的精确规划与最终位置的稳定锁定。

更为关键的是，这两个环并非各自为战，而是通过精妙的算法设计实现实时对话、协同抗扰。系统能主动估计并抵消由柔性机构和外部环境带来的多种非线性扰动，从而在保持轻量化、高承载优势的同时，实现了“稳”与“准”的统一。

这项技术目前已成功应用于“天行一号”试验卫星二维跟踪转台任务，有效解决了柔性机构在超低速运动中的“爬坡”现象，将跟踪速度平稳性提升至0.0039°/s，获得了中国科学院院机关的高度评价。这不仅是技术上的突破，更是一种哲学上的胜利——它证明了面对物理世界的固有约束，智慧的控制策略可以开辟出一条超越材料局限的新路径。

如果说柔性振动是来自系统内部的挑战，那么运动耦合则是另一个维度的难题。在精跟踪环节，快速反射镜（FSM）作为核心执行部件，其微弧级的误差修正能力直接决定了最终成像的极限。然而，多自由度运动间的相互影响（耦合），会严重劣化其性能。曹钰团队再次迎难而上，提出了“基于高分辨传感的运动旋转解耦控制方法”。他们通过引入高分辨率传感器，并融合智能解耦算法，如同一位技艺高超的织工，将原本纠缠在一起的运动分量“剥离”开来，理出清晰的线条。这一方法成功将大口径快速反射镜的运动耦合从7%降低到0.6%，并将跟踪精度从15.7μrad一举提升至2.2μrad，达到国内领先水平。这项成果为我国量子关联成像雷达探测体制建设作出了重要贡献，并发表于国际重要学术期刊《遥感》（Remote Sensing）。

这两项重大成果，一内一外，一稳一精，共同构成了曹钰团队在空间精密跟瞄领域的核心技术壁垒。而类似这样在“卡脖子”领域攻坚克难、自立自强的生动注脚，在曹钰的职业生涯中还有不少——不仅携手团队形成了一套完整的空间动目标精密跟瞄体系，多角度解决空间高动态目标高精度、高平稳跟踪难题，为我国空间精密测量领域作出重要贡献；更为重要的是，这些都不仅是冰冷的专利与论文，而是中国青年科学家奋发图强的美好图景。而曹钰本人，也在如此长足的进步过程中，以其卓越的创新能力与突出的工程贡献，得到了陕西省的高度认可，荣获“陕西省青年科技新星”称号，且于2026年年初入选“陕西省‘三秦特支计划’青年拔尖人才”，成为全省重点培养的高层次青年科技领军力量。但他却始终表示：“一个人的努力是加法，一个团队的努力才是乘法。正是因为我的团队足够团结，大家的目标足够一致，心气聚在一起，才能催生出超越纸面实力的‘科技武器’。”

家托举，师摆渡

任何一位杰出科学家的成长，都离不开背后默默付出的师长与家人。曹钰的科研之路，亦是由多位引路人的灯塔照亮，由家人的港湾托举。

在西工大攻读硕士期间，导师张晓斌教授以其严谨细实的治学态度，为曹钰打下了坚实的工程根基。“张老师教会我，工程中的每一个数据、每一次分析都必须经得起反复推敲。”这份对精度与质量的敬畏之心，成为他日后承担国家重大任务时最宝贵的财富。

▲曹钰（右）在实验室讨论研究

进入博士阶段，西安交通大学的钱学明教授与西安光机所的苏秀琴研究员都使曹钰受益匪浅，他们深厚的科研功底与精湛的逻辑思维，都深刻塑造了他的研究素养。尤其是苏秀琴老师，不仅在学术上悉心指导，更在生活上给予深切关怀。她教会曹钰如何构建严密的科学论证体系，并引导他将具体的技术突破置于更宏大的学科前沿中去思考，真正理解了“大处着眼，小处着手”的科研真谛。

初入西安光机所，师父王海涛高工则扮演了曹钰从校园走向国家重大工程的“摆渡人”角色。王老师逻辑思维清晰、工程经验丰富，毫无保留地传授给他分析复杂系统故障、设计完整工程方案的方法论，帮助他顺利完成了从学生到航天工程师的关键转型。

当然，在曹钰的成长历程中，研究所的领导与平台更是令其始终心怀感恩的重要部分。西安光机所敢于给青年人“压担子”“搭梯子”，在重大项目中勇于让他们“挑大梁”。正是这种信任与放手，让曹钰在短短几年内迅速成长为多个国家重大科技任务的负责人。研究所更将其所在领域列为重点主攻科研方向，并不吝提供包括经费、人才、场地在内的全方位保障，这无疑为他的团队注入了强大的发展动能。

而在这一切的背后，更有不容忽视的来自家庭方面的无怨无悔的支持。多年来，曹钰始终为缺席孩子的成长而愧疚，但他的妻子和岳父岳母却从未有过半句抱怨，默默承担了绝大部分的家庭重担，用爱与行动为他撑起了一片安定的后方。他曾有过一句半戏谑却充满真心的感叹：“我的科研成果，都得分他们一半。”这既是由衷的感恩，更是情感的归属。

苦心人，“天”不负

回望来路，曹钰已主持完成了十余项国家重大科技任务，在《IEEE信号处理精选主题期刊》（IEEE J-STSP）、《IEEE地球观测与遥感应用精选主题期刊》（IEEE J-STARS）等期刊共发表论文37篇，授权美国专利1项，国内技术发明专利11项；所在团队荣获2025年中国青年五四奖章，他指导的学生也在国际顶级赛事中屡获殊荣。作为陕西省重点支持的青年拔尖人才，他正站在一个新的起点上——已有的成就终成过往，更为遥远的深空才是心之所向。

未来5年，曹钰拟将研究重点聚焦于空间引力波探测所需的星间激光超精密指向技术。这是一项跨越两个数量级的挑战——从目前实现的亚微弧度（μrad）精度，跃升至“天琴计划”和“太极计划”所要求的10纳弧度每根号赫兹（10nrad/√Hz）量级。这相当于从“在数公里外瞄准一个房间的窗户”，提升到“瞄准窗户上的一粒微尘”。这不仅是精度的飞跃，更是从“稳态控制”到“超低频段极端稳定”的范式转换。其最大的鸿沟在于，如何在地面模拟接近太空的超静、超稳环境，并开发出与之匹配的超低噪声传感器与革命性控制技术。这是一场全链条的“归零”与重构，任何一个环节的短板都将导致系统失败。

面对如此艰巨的挑战，曹钰和他的团队没有丝毫退缩。他们深知，中国的空间科学要实现从“跟跑”“并跑”到“领跑”的跨越，就必须有人敢于踏入这片“无人区”。他们希望成为“天琴”与“太极”宏大工程中，那根“极其安静、纹丝不动的传声筒”的打造者与守护者。

从黄河之滨的懵懂少年，到古城西安的青年拔尖人才，再到未来深空的探索先锋，曹钰的征途始终与国家的需求同频共振。他常说：“科研不是追求模型的完美，而是在现实的约束下找到最优解。”这句话，既是他对工程哲学的深刻理解，也是他人生信条的真实写照。在这条通往星辰大海的路上，他和他的同行者，将继续以毫厘之功，精轴定像，锁定深空，为中国的航天强国梦贡献属于青年一代的坚实力量。

专家简介

曹钰，博士，副研究员，硕士生导师，陕西省组织部“青年拔尖人才”，陕西省青年科技新星，中国科学院西安光机所“青年创新促进会会员”。现担任中国图象图形学学会成像探测与感知专委会委员、中国体视学学会分会委员，中国科学院西安光机所青促会委员，《宇航学报》青年编委会委员。被聘为中国科学院大学硕士研究生导师，西北工业大学、西安交通大学校外硕士研究生导师，陕西省科技发展计划评审专家、西安市科技局专家库专家。

长期从事空间精密跟瞄与测量方向的研究，主持完成十余项国家重大科技任务。在国家科技重大专项等项目支持下，他带领团队突破多项空间精密跟瞄与测量“卡脖子”关键技术，攻克空间载荷在动平台及多种干扰下无法高平稳、高精度跟瞄难题，跟踪精度达到国内领先水平。